2017年4月2日 星期日

自動控制的終極面向-整合

自動控制終歸是為了解決問題而生成,說白了我們利用自動控制這個手段或者說工具就是為了解決難解的疑難雜症及問題,而這些待解應用問題的終極面向就是整合。整合是跨領域知識的綜合體,說簡單可以很簡單,它沒有技術端的艱澀難懂,但若未具備百年功力却也很難面面俱到樣樣均通!
在開始談整合之前我們再回味一下前面提到的控制器軟硬體接點通訊協定及架構,這些種種看來似乎都是以控制器為核心發展出來的架構,差別只是大控制器整合小控制器罷了!沒錯,這樣子的整合架構就是傳統的整合方案,通常我們常用PLC整合各式控制元件用在工廠自動化、或用DDC整合消防空調門禁監視及其他弱電系統用在大樓自動化。
但是這類型的傳統整合應用要應付日進千里的網路智能化發展似乎有點捉襟見肘,所以就有另一股風潮興起了-智慧物聯網!何謂智慧物聯網?其實就是把控制器智能化獨立化小型化然後再利用通訊網路連結在一起就是了!所以今天我們談整合會跳脫傳統窠臼,比較以物聯網的架構及角度來談並多用一些例子來說明。
首先我們先說明一下傳統控制器跟物聯網控制器的相異之處在那?
l   傳統控制器不論是PLCDDC都是以自我為核心去整合別的元件,所以為了彈性容納更多的元件所以需要更多的硬體介面及記憶體,以便於整合這些非智慧型的元件,甚至高階機型還要內建整套完整的圖控開發工具以便處理繁雜的人機介面,因此CPU也因而肥大了,價格也因而拉高了!反觀物聯網物件則是小而美,用很小的CPU及記憶體執行所付予單純的智慧化工作!
l   以硬體介面來說,傳統控制器通常是可擴充的,大部分物聯網控制器則為了專屬應用而存在所以通常沒有擴充功能;但若以軟體介面或功能來說則相反了,物聯網控制器很常見因功能添加或進版而進行軟體更新。
l   傳統控制器通常需要有邏輯概念的工程人員設定或程式設計製作程式方能運行,但是物聯網控制器則是出廠內建程式,當然如何選擇內建程式也需要工程師動手,這兩類工程師的背景稍許不同,傳統控制器的工程師偏重工程物聯網工程師偏重應用。
l   傳統控制器的運作順暢與否及穩定性通常要看設計工程師的功力,同樣的控制器經由不同等級的工程師出手會有截然不同的表現反之物聯網控制器就單純多了,程式己經原廠多方調校,通常可信度很高不會有不穩定的狀況發生,但是各類別應用的參數了解及設定則需另一番功夫!
l   物聯網控制器大部分是由非智慧性元件所衍生出來,這部分是原來傳統控制器所不具備的,這個元件進階智慧化的需求及功能也是傳統控制器很難處理的部分。
我們要了解這兩者沒有好壞之分,只有適用與否的問題,如何選擇存乎一心,甚至互相結合也在所多見。
我們下面來利用二個物聯網的元件及一個簡單的應用例子作說明:
l   存在感應器-傳統感應器或者稱為PIR感應開關,觸發感應的技術通常都是單一的(最常見的是紅外線),也都是出廠即設定好,譬如反應技術及感應範圍等,工程師很難在現場依環境狀況再行調整,輸出也是很簡單的1 位元乾接點(On/Off);反之物聯網感應器就不是開關這麼簡單了!外觀除了輸出是以通訊接點取代乾接點外跟傳統感應器沒什麼不同,但它一定附帶一組連結設定程式,工程師可以依現場環境及應用需求進行設定,譬如常見有日/夜模式、感應模式選擇(若具備多重感應)、感應參數設定、多重感應器組合連線(Master/Slave)…等等,不同廠商所提供的軟體功能都不相同,因此同樣的硬體感應器會因不同的應用軟體而有不同的應用表現,當客戶需要比較精準感應、避免誤報及複雜應用時若不選擇智慧型元件,要控制器工程師依需求專案開發控制程式,那大概可以很肯定告訴你"死路一條",工程師一定告訴你"沒有這個選項"
l   IAQ(//二氧化碳三合一)感應器-傳統感應器這三種是分離的,由三種不同感應器透過三組類比通訊線送回現場感應資料給控制器的AI接點進行接收,控制器接收到訊號後進行解析判別再經邏輯運算後輸出控制其他受控元件,反之我們來看物聯網組件的差別及如何運作。首先感應器是三合一一體的,第二它不再只是單向輸出,它是透過通訊溝通的亦即它是也可以接收命令的,第三它通常不會只是單純的感應器這麼簡單,當然它可以選擇將三種感應資料分別輸出給需要的元件,但比較進階的感應器會具備控制邏輯功能選項,譬如配合溫度選項會有完整冷暖氣控制功能可設定選擇如:
n   Send following change by(0.1K~2.5K)
n   Cooling/Heating type
n   Cooling/Heating Sepoint
n   Control value type (PWM or Continuous 0..100%)(這表示它可以變頻控制)
n   Send cyclically after
若是配合濕度選項會有除濕機控制功能及參數可設定選擇如:
n   Send following change by(2%r.h.~10%r.h.)
n   Default switching point stage1[%r.h.]
n   Default switching point stage2[%r.h.]
n   Default switching point stage3[%r.h.]
n   Hysteresis(2%r.h.~10%r.h.)
n   Control value stage 0[%r.h.]
n   Control value stage 1[%r.h.]
n   Control value stage 2[%r.h.]
n   Control value stage 3[%r.h.]
n   Stage when overridden(0123)
n   Send cyclically after(min)
若是配合二氧化碳濃度選項則會有全熱交換機控制功能及參數可設定選擇如:
n   Altitude abobe sea level[m](多貼心可以設定所在地的海拔高度)
n   Send following change by(50 ppm~500 ppm)
n   Default switching point stage 1[ppm CO2]
n   Default switching point stage 2[ppm CO2]
n   Default switching point stage 3[ppm CO2]
n   Hysteresis(50 ppm~500 ppm)
n   Control value stage 0[ppm CO2]
n   Control value stage 1[ppm CO2]
n   Control value stage 2[ppm CO2]
n   Control value stage 3[ppm CO2]
n   Stage when overridden(0123)
n   Send cyclically after(min)
應用案例說明
連線設備
l   冷氣機+智慧物聯網介面
l   除濕機+智慧物聯網介面
l   全熱交換機+智慧物聯網介面
l   存在感應器
l   IAQ三合一感應器
備註:目前各類家電因為尚未具備智慧物聯網功能所以必需另配介面
連線架構圖

功能說明
1.          冷氣自動控制-處理溫度(可變頻控制)
u  日間模式-人在時設定24°C人離開時設定節能28°C
u  夜間模式-人在時設定27°C人離開時設定節能32°C
2.          除濕機自動控制-處理濕度
u  固定運轉模式-設定相對濕度 50% +- 10%
u  人在時停止運轉(若嫌太吵)
3.          全熱交換機自動控制-處理室內外新鮮空氣交換
u  固定運轉模式-設定二氧化碳濃度 800 ppm +-100 ppm
以上面實例說明我們可以總結二者差異點如下:
u  實體配線-傳統配線總類多元且複雜度高,線路查修常會讓人抓狂;反之物聯網架構配線單一簡單而且擴充性高。
u  功能性-物聯網架構的智慧型功能是傳統控制器所不能比擬的。
u  穩定性-傳統架構就看控制單元,控制單元毀損則所有功能停擺離線;物聯網架構則各個單元分別獨立,若單一元件損壞時可在不關閉系統的情況下線上更新元件並下載連線軟體,影響層面比較小。
u  價格-物聯網各式感應元件鐵定比非智慧型感應開關高,但整套系統並不需要額外配置中央控制單元,若加加減減整體造價(含配線施工)可能不相上下。


待續

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